内燃機関の制御装置
【課題】内燃機関の暖機完了後において、第２触媒を適切に昇温することができ、それにより、内燃機関の良好な排ガス特性を得ることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置は、内燃機関の排気通路に上流側から順に設けられた第１および第２過給機と、排気通路における第２過給機の第２タービンの上流側の分岐部と下流側の合流部に接続され、第２タービンをバイパスするバイパス通路と、バイパス通路を開閉するためのバイパス弁と、バイパス通路に設けられ、酸化性能を有する第１触媒と、排気通路における合流部の下流側に設けられ、排ガスを浄化するための第２触媒を備えており、内燃機関の暖機が完了していると判定された場合において、取得された第２触媒の温度ＴＣＡＴが所定温度ＴＲＥＦ１よりも低いときに、バイパス弁が開弁されるとともに、未燃燃料が第１触媒に供給される（ステップ６、７）。
【解決手段】制御装置は、内燃機関の排気通路に上流側から順に設けられた第１および第２過給機と、排気通路における第２過給機の第２タービンの上流側の分岐部と下流側の合流部に接続され、第２タービンをバイパスするバイパス通路と、バイパス通路を開閉するためのバイパス弁と、バイパス通路に設けられ、酸化性能を有する第１触媒と、排気通路における合流部の下流側に設けられ、排ガスを浄化するための第２触媒を備えており、内燃機関の暖機が完了していると判定された場合において、取得された第２触媒の温度ＴＣＡＴが所定温度ＴＲＥＦ１よりも低いときに、バイパス弁が開弁されるとともに、未燃燃料が第１触媒に供給される（ステップ６、７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのターボ式の過給機が直列に設けられた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関には、ターボ式の第１過給機および第２過給機が、直列に設けられている。この第２過給機の第２タービンは、内燃機関の排気通路における第１過給機の第１タービンよりも下流側に設けられている。また、排気通路には、第１タービンをバイパスする第１バイパス通路と、第２タービンをバイパスする第２バイパス通路が接続されている。この第１バイパス通路には、これを開閉するための第１バイパス弁が設けられており、第２バイパス通路には、比較的小型の第１触媒と、第２バイパス通路を開閉するための第２バイパス弁が、上流側から順に設けられている。さらに、排気通路には、バイパス通路との合流部よりも下流側に、内燃機関の排ガスを浄化するための第２触媒が設けられている。
【０００３】
以上の構成の内燃機関では、制御装置により、第１および第２バイパス弁の動作が、内燃機関の運転状態に応じて、次のように制御される。すなわち、内燃機関の始動直後には、第１バイパス弁を閉弁するとともに、第２バイパス弁を開弁する。これにより、内燃機関の排ガスは、第１タービン、第２バイパス通路、第１触媒および第２触媒を通って流れ、その結果、第１触媒が昇温され、活性化される。また、内燃機関の暖機が完了した後には、第２バイパス弁を全閉状態に保持し、それにより、排ガスを、第２タービンに流し、第１触媒には流さないようにする。これは、上述したように第１触媒が小型であるのに対し、内燃機関の暖機完了後には、排ガスの流量が比較的大きいことから、第１触媒における排ガスの圧力損失が大きくなり、その結果、内燃機関の燃費が悪化するおそれがあるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の制御装置では、内燃機関の暖機完了後には、第２バイパス弁が全閉状態に保持されることにより、排ガスを第１触媒に流さないようにするので、第１触媒における排ガスの浄化作用に伴う反応熱が発生せず、排ガスは、この反応熱によって昇温されない状態で、第２触媒に流入する。それに加え、第２バイパス弁が全閉状態に保持されることにより、排ガスが第２タービンを流れるので、排ガスの熱が第２タービンにより奪われ、その結果、温度が低下した状態の排ガスが、第２触媒に流入する。以上から、従来の制御装置では、内燃機関の暖機完了後において、第２触媒の温度が低下し、それにより、その浄化能力が大きく低下する場合があり、その場合には、排ガス特性が悪化してしまう。このような不具合は、内燃機関の低負荷運転中には、排ガスの温度が比較的低く、第２触媒の温度が低下しやすいため、より顕著になる。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の暖機完了後において、第２触媒を適切に昇温することができ、それにより、内燃機関の良好な排ガス特性を得ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の制御装置１は、内燃機関３の排気通路６に設けられた第１タービン１３を有し、第１タービン１３が内燃機関３の排ガスにより駆動されることによって、内燃機関３に吸入される吸気を過給する第１過給機１１と、排気通路６における第１タービン１３の下流側に設けられた第２タービン２３を有し、第２タービン２３が排ガスにより駆動されることによって、吸気を過給する第２過給機２１と、排気通路６における第２タービン２３の上流側の分岐部（実施形態における（以下、本項において同じ）第２分岐部６ｄ）と下流側の合流部（第２合流部６ｅ）に接続され、第２タービン２３をバイパスするバイパス通路（第２バイパス通路２５）と、バイパス通路を開閉するためのバイパス弁（第２バイパス弁２６）と、バイパス通路に設けられ、酸化性能を有する第１触媒３１と、第１触媒３１に未燃燃料を供給するための未燃燃料供給手段（燃料噴射弁４）と、排気通路６における合流部の下流側に設けられ、排ガスを浄化するための第２触媒（第３触媒３４）と、第２触媒の温度（第３触媒温度ＴＣＡＴ）を取得する触媒温度取得手段（触媒温度センサ４３）と、内燃機関３の暖機が完了しているか否かを判定する暖機完了判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１）と、暖機完了判定手段により内燃機関３の暖機が完了していると判定された場合において、取得された第２触媒の温度が所定温度（第１所定温度ＴＲＥＦ１）よりも低いときに、バイパス弁を開弁するとともに、未燃燃料供給手段に第１触媒３１への未燃燃料の供給を実行させる制御手段（ＥＣＵ２、ステップ６、７）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の制御装置では、ターボ式の第１および第２過給機が、内燃機関に直列に設けられており、第１過給機の第１タービンおよび第２過給機の第２タービンが、内燃機関の排気通路に、上流側から順に設けられている。また、排気通路における第２タービンの上流側の分岐部と下流側の合流部には、第２タービンをバイパスするバイパス通路が接続されている。このバイパス通路には、酸化性能を有する第１触媒が設けられており、バイパス通路は、バイパス弁によって開閉される。さらに、排気通路における合流部の下流側には、排ガス浄化用の第２触媒が設けられている。
【０００９】
上述したように第１触媒が酸化性能を有するので、第１触媒に供給された未燃燃料は、第１触媒で酸化される。この場合において、バイパス弁が開弁状態にあるときには、排ガスが、バイパス通路を通って第１触媒に流入し、第１触媒に流入した排ガスは、第１触媒における未燃燃料の酸化反応に伴って発生した熱により、昇温される。また、昇温された排ガスは、下流側の第２触媒を流れ、その結果、第２触媒が昇温される。上述した構成によれば、内燃機関の暖機が完了していると判定された場合において、取得された第２触媒の温度が所定温度よりも低いときに、バイパス弁が開弁されるとともに、未燃燃料が第１触媒に供給される。したがって、この所定温度を、第２触媒の十分な浄化能力が得られるような温度に設定することによって、第２触媒の温度の低下により十分な浄化能力が得られなくなったときにすぐに、上述したように第２触媒を昇温できるので、第２触媒の高い浄化能力を確保でき、それにより、内燃機関の良好な排ガス特性を得ることができる。
【００１０】
また、前述したように、第１触媒が、第１タービンよりも下流側に設けられているので、第１触媒における未燃燃料の酸化反応熱で昇温された排ガスの熱が、第１タービンに奪われることがない。さらに、第１触媒が、第２タービンをバイパスするバイパス通路に設けられているので、第１触媒で昇温された排ガスの熱が、第２タービンに奪われることもない。したがって、この排ガスの熱により、第２触媒を迅速かつ適切に昇温することができる。また、前述したように、第２触媒は、排気通路における第１触媒よりも下流側に設けられているため、第１触媒と比較して、第２触媒には、低い温度の排ガスが流入するため、第２触媒の温度は低下しやすい。したがって、そのような第２触媒を上述したように昇温することによって、内燃機関の良好な排ガス特性が得られるという上述した効果を、効果的に得ることができる。さらに、バイパス弁の開弁により排ガスが第２タービンをバイパスしても、第２タービンよりも上流側の第１タービンが排ガスで駆動されるので、第１過給機によって吸気を過給でき、それにより、内燃機関の良好なドライバビリティを確保することができる。なお、本明細書および特許請求の範囲における「取得」には、センサなどによる直接的な「検出」に加え、演算などによる「推定」を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好ましい実施形態による制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】制御装置のＥＣＵなどを示すブロック図である。
【図３】図２のＥＣＵによって実行される処理を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す第３触媒の温度と浄化率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に動力源として搭載されたディーゼルエンジンであり、４つの＃１〜＃４気筒３ａと、気筒３ａごとに設けられた燃料噴射弁４を備えている（図２には１つのみ図示）。この燃料噴射弁４は、燃料タンクにポンプ（いずれも図示せず）などを介して接続されており、車両の燃料タンク内の燃料を、対応する気筒３ａ内に噴射する。また、燃料噴射弁４の開弁時間および開弁時期は、図２に示す制御装置１のＥＣＵ２によって制御される。このＥＣＵ２の詳細については、後述する。
【００１３】
さらに、４つの＃１〜＃４気筒３ａには、各気筒３ａに吸気を導入するための吸気通路５が、吸気マニホルド５ａの４つの分岐部をそれぞれ介して接続されるとともに、各気筒３ａからの排ガスを外部に排出するための排気通路６が、排気マニホルド６ａの４つの分岐部をそれぞれ介して接続されている。
【００１４】
また、エンジン３には、吸気を過給するための第１過給機１１および第２過給機２１が、直列に設けられている。この第１過給機１１は、容量が比較的小さな高速型のターボチャージャーとして構成されており、エンジン３が低負荷運転状態にあるときに、より大きな過給能力が得られる。また、第１過給機１１は、吸気通路５に設けられた回転自在の第１コンプレッサ１２と、排気通路６に設けられた回転自在の第１タービン１３と、両者１２，１３を一体に連結するシャフト１４を有しており、排気通路６内の排ガスにより第１タービン１３が回転駆動されるのに伴い、これと一体の第１コンプレッサ１２が回転駆動されることによって、吸気通路５内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。この場合、第１過給機１１の容量が小さいため、容量が大きい過給機と比較して、第１タービン１３の回転数は高くなる。
【００１５】
また、吸気通路５には、第１コンプレッサ１２をバイパスするバイパス通路１５が設けられている。このバイパス通路１５は、第２過給機２１により過給された吸気に対して第１コンプレッサ１２が抵抗になるのを回避すべく、吸気を、第１コンプレッサ１２をバイパスさせて流すためのものである。また、バイパス通路１５には、電磁弁で構成されたバイパス弁１６が設けられており、バイパス弁１６の開度は、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、バイパス通路１５が開閉される。
【００１６】
さらに、排気通路６における第１タービン１３の上流側の第１分岐部６ｂと下流側の第１合流部６ｃには、第１タービン１３をバイパスする第１バイパス通路１７が接続されている。この第１バイパス通路１７には、電磁弁で構成された第１バイパス弁１８が設けられており、第１バイパス弁１８の開度は、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、第１バイパス通路１７が開閉される。また、第１バイパス弁１８の開度が制御されることにより、第１バイパス通路１７を通って第１タービン１３をバイパスする排ガスの流量が変更される結果、第１過給機１１による過給圧が制御される。
【００１７】
また、第２過給機２１は、第１過給機１１よりも容量が大きな低速型のターボチャージャーとして構成されており、エンジン３が中・高負荷運転状態にあるときに、より大きな過給能力が得られる。また、第２過給機２１は、吸気通路５に設けられた回転自在の第２コンプレッサ２２と、排気通路６に設けられた回転自在の第２タービン２３と、両者２２，２３を一体に連結するシャフト２４を有しており、排ガスにより第２タービン２３が回転駆動されるのに伴い、第２コンプレッサ２２が回転駆動されることによって、吸気通路５内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。
【００１８】
また、第２コンプレッサ２２は、吸気通路５における前述した第１コンプレッサ１２の上流側に配置されており、より具体的には、吸気通路５におけるバイパス通路１５との分岐部よりも上流側に配置されている。さらに、第２タービン２３は、排気通路６における前述した第１タービン１３の下流側に配置されており、より具体的には、排気通路６における前述した第１合流部６ｃの下流側に配置されている。
【００１９】
また、排気通路６には、その第２分岐部６ｄと第２合流部６ｅに、第２タービン２３をバイパスする第２バイパス通路２５が接続されている。この第２分岐部６ｄは、排気通路６における第２タービン２３の上流側で且つ第１合流部６ｃの下流側に位置しており、第２合流部６ｅは、排気通路６における第２タービン２３の下流側に位置している。さらに、第２バイパス通路２５には、上流側から順に、第１触媒３１と、電磁弁で構成された第２バイパス弁２６が設けられている。この第１触媒３１は、酸化性能を有する酸化触媒であり、排ガス中に含まれる未燃成分であるＨＣやＣＯを酸化することによって、排ガスを浄化する。また、第２バイパス弁２６の開度は、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、第２バイパス通路２５が開閉される。さらに、第２バイパス弁２６の開度が制御されることにより、第２バイパス通路２５を通って第２タービン２３をバイパスする排ガスの流量が変更される結果、第２過給機２１による過給圧が制御される。
【００２０】
また、排気通路６における上述した第２合流部６ｅの下流側には、第２触媒３２、フィルタ３３および第３触媒３４が、上流側から順に設けられている。この第２触媒３２は、第１触媒３１と同様の酸化触媒であり、排ガス中のＨＣやＣＯを酸化することによって、排ガスを浄化する。
【００２１】
また、フィルタ３３は、いわゆるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter ）であり、排ガス中の煤などのパティキュレート（以下「ＰＭ」という）を捕集することによって、大気中に排出されるＰＭを低減する。さらに、フィルタ３３の表面には、第１触媒３１と同様の触媒（図示せず）が担持されている。
【００２２】
また、第３触媒３４は、いわゆるユリア選択還元触媒であり、還元剤としての尿素（Ｕｒｅａ）が存在する雰囲気下で、排ガス中のＮＯｘを選択的に還元するものである。排気通路６における第３触媒３４のすぐ上流側には、ユリア噴射装置（図示せず）から尿素水が噴射される。さらに、第３触媒３４では、そのＮＯｘの還元作用において、尿素水の噴射時に尿素から変化したアンモニアも、尿素とともに消費される。また、図４は、第３触媒３４の温度（以下「第３触媒温度」という）ＴＣＡＴと、第３触媒３４の浄化率（以下「第３触媒浄化率」という）ＤＥＲの関係を示している。この第３触媒浄化率ＤＥＲは、第３触媒３４に流入した排ガス中のＮＯｘの量に対する、第３触媒３４で実際に浄化されるＮＯｘの量の割合を表す。図４に示すように、第３触媒３４は、第３触媒温度ＴＣＡＴが所定の活性化温度ＴＡＴＶ（例えば１６０℃）まで上昇したときに、活性状態になり、それにより、第３触媒浄化率ＤＥＲが大きくなり、その浄化能力が高くなるという特性を有している。また、第３触媒３４が活性状態にあるときには、第３触媒浄化率ＤＥＲは、基本的には、第３触媒温度ＴＣＡＴが高いほど、より大きくなる。
【００２３】
また、エンジン３には、クランク角センサ４１および水温センサ４２が設けられている。このクランク角センサ４１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角ごとに出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン（図示せず）が吸気行程の開始時のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号である。また、上記の水温センサ４２は、サーミスタで構成されており、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２５】
さらに、前述した第３触媒３４には、触媒温度センサ４３が取り付けられている。この触媒温度センサ４３は、第３触媒温度ＴＣＡＴを検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ４４から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。
【００２６】
また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。さらに、ＥＣＵ２は、上述した各種のセンサ４１〜４４からの検出信号などに応じ、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別したエンジン３の運転状態に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、エンジン３の動作を制御する。
【００２７】
具体的には、ＥＣＵ２は、図３に示す処理を実行することによって、前述した第１および第２バイパス弁１８，２６の開度などを制御する。本処理は、所定時間ごとに実行される。まず、図３のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン３の暖機が完了しているか否かを判定する。このステップ１では、エンジン３の始動後、検出されたエンジン水温ＴＷが所定温度よりも高くなったときに、エンジン３の暖機が完了したと判定される。
【００２８】
このステップ１の答がＮＯで、エンジン３の暖機が完了していないときには、第１および第２バイパス弁１８，２６の開度を、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱに応じて制御し（ステップ２）、本処理を終了する。これにより、第１および第２過給機１１，２１による過給圧が、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱで表されるエンジン３の負荷に応じて制御される。
【００２９】
一方、前記ステップ１の答がＹＥＳで、エンジン３の暖機が完了しているときには、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮが「１」であるか否かを判別する（ステップ３）。このポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮは、ポスト噴射の実行中に「１」にセットされるものであり、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。その詳細については後述する。
【００３０】
このステップ３の答がＮＯで、ポスト噴射の実行中でないときには、エンジン３が低負荷運転状態にあるか否かを判定する（ステップ４）。このステップ４では、所定の運転領域マップ（図示せず）に従い、算出されたエンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱが、所定の低負荷運転領域にあるときに、エンジン３が低負荷運転状態にあると判定される。この要求トルクＴＲＥＱは、エンジン３に要求されるトルクであり、エンジン回転数ＮＥと、検出されたアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。ステップ４の答がＮＯで、エンジン３が低負荷運転状態になく、中負荷または高負荷運転状態にあるときには、前記ステップ２を実行し、本処理を終了する。
【００３１】
一方、ステップ４の答がＹＥＳで、エンジン３が低負荷運転状態にあるときには、検出された第３触媒温度ＴＣＡＴが、第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも低いか否かを判別する（ステップ５）。図４に示すように、この第１所定温度ＴＲＥＦ１は、第３触媒３４の前述した活性化温度ＴＡＴＶよりも高く、第３触媒３４の十分な浄化能力が得られるような温度、より具体的には、第３触媒浄化率ＤＥＲが、その最大値ＤＥＲＭＡＸ（例えば９８％）よりも若干小さな所定値ＤＥＲＲＥＦ（例えば９０％）になるような温度、例えば２００℃に設定されている。上記ステップ５の答がＮＯで、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１以上のときには、前記ステップ２を実行し、本処理を終了する。
【００３２】
一方、ステップ５の答がＹＥＳで、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも低いときには、第３触媒３４の十分な浄化能力が得られないおそれがあるとして、次のステップ６および７において、第３触媒３４を昇温するための昇温動作（以下「第３触媒昇温動作」という）を実行する。まず、ステップ６では、ポスト噴射を実行するために、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮを「１」にセットする。次いで、ステップ７において、第１バイパス弁１８を全閉状態に、第２バイパス弁２６を全開状態に、それぞれ制御し、本処理を終了する。このポスト噴射は、エンジン３の出力を得るための燃料とは別に、エンジン３の膨張行程から排気行程における所定の期間内に、燃料噴射弁４から燃料を噴射するものである。また、ポスト噴射された燃料は、気筒３ａ内で燃焼せずに、未燃燃料として排ガスに含められた状態で、排気通路６に排出される。
【００３３】
また、ステップ６を実行した後には、前記ステップ３の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＰＯＳＴＯＮ＝１）になり、その場合には、第３触媒温度ＴＣＡＴが第２所定温度ＴＲＥＦ２よりも高いか否かを判別する（ステップ８）。図４に示すように、この第２所定温度ＴＲＥＦ２は、前述した第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも高い温度、例えば３００℃に設定されている。このステップ８の答がＮＯのときには、上記ステップ７を実行し、本処理を終了する。
【００３４】
一方、ステップ８の答がＹＥＳになり、第３触媒温度ＴＣＡＴが第２所定温度ＴＲＥＦ２を超えたときには、ポスト噴射を終了するために、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮを「０」にリセットし（ステップ９）、前記ステップ２以降を実行する。
【００３５】
以上のように、本処理では、エンジン３の暖機が完了していないとき（ステップ１：ＮＯ）、または、エンジン３の暖機が完了している場合において、エンジン３が中・高負荷運転状態にあるとき（ステップ４：ＮＯ）、もしくは低負荷運転状態にあり且つ第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１以上であるとき（ステップ５：ＮＯ）には、第１および第２バイパス弁１８，２６の開度が、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱに応じた通常時用制御によって制御される（ステップ２）。これにより、第１および第２過給機１１，２１による過給圧が、エンジン３の負荷に応じて制御される。
【００３６】
また、エンジン３の暖機完了後の低負荷運転中、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１触媒温度ＴＲＥＦ１よりも低くなったとき（ステップ５：ＹＥＳ）に、前述した第３触媒昇温動作が開始され、それにより、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮが「１」にセットされる（ステップ６）ことによって、ポスト噴射が開始されるとともに、第１バイパス弁１８が全閉状態に、第２バイパス弁２６が全開状態に、それぞれ制御される（ステップ７）。このため、ポスト噴射された燃料は、排ガスとともに、前述したように未燃燃料として排気通路６に排出され、第１タービン１３を流れた後、第２バイパス通路２５を通って第１触媒３１に流入する。このように、ポスト噴射の実行によって、未燃燃料が第１触媒３１に供給される。前述したように第１触媒３１が酸化触媒であるため、第１触媒３１に供給された未燃燃料は、第１触媒３１で酸化される。また、この酸化反応に伴って発生した熱により、第１触媒３１に流入した排ガスが昇温され、昇温された排ガスは、下流側の第３触媒３４に流入し、その結果、第３触媒３４が昇温され、第３触媒温度ＴＣＡＴが上昇する。
【００３７】
さらに、ポスト噴射の開始後（ステップ３：ＹＥＳ）、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも高い第２所定温度ＴＲＥＦ２を超えない限り（ステップ８：ＮＯ）、第３触媒昇温動作が継続して実行される。これにより、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮが「１」に保持されることによって、ポスト噴射が継続して実行されるとともに、ステップ７による第１および第２バイパス弁１８，２６の全閉・全開制御が、それぞれ継続して実行され、その結果、第３触媒温度ＴＣＡＴがさらに上昇する。そして、第３触媒温度ＴＣＡＴが第２所定温度ＴＲＥＦ２を超えると、ポスト噴射が終了される（ステップ９）とともに、第１および第２バイパス弁１８，２６の開度が、ステップ２による要求トルクＴＲＥＱなどに応じた通常時用制御によって制御され、第３触媒昇温動作が終了される。したがって、ポスト噴射、第１および第２バイパス弁１８，２６の制御のハンチングを防止できるとともに、第３触媒３４の昇温を確実に行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態における各種の要素と、本発明における各種の要素との対応関係は、次のとおりである。すなわち、本実施形態における第２バイパス通路２５、第２分岐部６ｄおよび第２合流部６ｅが、本発明におけるバイパス通路、分岐部および合流部にそれぞれ相当するとともに、本実施形態における第２バイパス弁２６および第３触媒３４が、本発明におけるバイパス弁および第２触媒にそれぞれ相当する。また、本実施形態における燃料噴射弁４および触媒温度センサ４３が、本発明における未燃燃料供給手段および触媒温度取得手段にそれぞれ相当するとともに、本実施形態におけるＥＣＵ２が、本発明における暖機完了判定手段および制御手段に相当する。さらに、本実施形態における第３触媒温度ＴＣＡＴおよび第１所定温度ＴＲＥＦ１が、本発明における第２触媒の温度および所定温度にそれぞれ相当する。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、排気通路６における第１過給機１１の第１タービン１３の下流側に、第２過給機２１の第２タービン２３が設けられており、排気通路６における第２タービン２３の上流側の第２分岐部６ｄと下流側の第２合流部６ｅには、第２タービン２３をバイパスする第２バイパス通路２５が接続されている。また、第２バイパス通路２５には、これを開閉するための第２バイパス弁２６と、酸化性能を有する第１触媒３１が設けられている。さらに、排気通路６における第２合流部６ｅの下流側には、第３触媒３４が設けられている。
【００４０】
また、エンジン３の暖機が完了している場合において、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも低いときには、第３触媒昇温動作を実行し、それにより、ポスト噴射の実行によって第１触媒３１に未燃燃料を供給するとともに、第２バイパス弁２６を全開状態に制御することによって排ガスを第１触媒３１に流入させ、下流側の第３触媒３４に流す。さらに、第１所定温度ＴＲＥＦ１が第３触媒３４の十分な浄化能力が得られるような温度に設定されている。以上により、第３触媒温度ＴＣＡＴの低下により第３触媒３４の十分な浄化能力が得られなくなったときにすぐに、第１触媒３１に未燃燃料を供給し、この未燃燃料の酸化反応で昇温された排ガスの熱によって、第３触媒３４を迅速かつ適切に昇温できるので、第３触媒３４の高い浄化能力を確保でき、それにより、エンジン３の良好な排ガス特性を得ることができる。
【００４１】
また、この場合、第１バイパス弁１８を全閉状態に制御するので、排ガスを第１タービン１３に流し、第１タービン１３を排ガスで駆動することができる。したがって、第１過給機１１によって吸気を過給でき、エンジン３の良好なドライバビリティを確保することができる。さらに、第３触媒３４は、前述したようにユリア噴射装置からの尿素水を還元剤としてＮＯｘを還元するという構成上、排気通路６に設けられた排ガス浄化用の複数の触媒のなかでも、エンジン３から最も離れた下流側の位置に、配置される。このことから、第３触媒３４には、上流側の触媒よりも低い温度の排ガスが流入するため、特に、エンジン３が低負荷運転状態にあることで排ガスの温度がもともと低い場合には、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１を下回りやすい。したがって、そのような第３触媒３４に対して第３触媒昇温動作を実行することによって、エンジン３の良好な排ガス特性が得られるという上述した効果を、効果的に得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、エンジン３が中・高負荷運転状態にあるときには、排ガスの温度が比較的高いことから、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１以上であるとみなして、常に、ポスト噴射や第２バイパス弁２６の全開制御による第３触媒昇温動作を行わないようにしているが、この第３触媒昇温動作の実行の可否を、エンジン３の負荷にかかわらず、第３触媒温度ＴＣＡＴと第１所定温度ＴＲＥＦ１との比較結果のみに応じて判定してもよい。
【００４３】
また、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、第２バイパス弁２６は、電磁弁であるが、第２バイパス通路２５を開閉可能な弁であれば他の適当なもの、例えば負圧弁でもよい。また、実施形態では、第１触媒３１は、酸化触媒であるが、酸化性能を有する触媒であれば他の適当なもの、例えば三元触媒でもよい。さらに、実施形態では、第１触媒３１への未燃燃料の供給を、ポスト噴射によって行っているが、排気通路６における第１触媒３１の上流側に、または第１触媒３１に、燃料噴射弁を別個に設け、この燃料噴射弁により燃料を噴射するようにしてもよい。この場合、排気通路６における第１触媒３１のすぐ上流側に、あるいは、第１触媒３１に直接、燃料を噴射することによって、排ガスで第１タービン１３を駆動している場合でも、噴射した燃料を、第１タービン１３に付着させることなく、第１触媒３１に適切に供給することができる。
【００４４】
また、実施形態では、第３触媒３４は、ユリア選択還元触媒であるが、排ガスを浄化するための触媒であれば他の適当なもの、例えば三元触媒やＮＯｘ触媒でもよい。さらに、実施形態では、第３触媒温度ＴＣＡＴを、触媒温度センサ４３による検出によって取得しているが、演算などによる推定によって取得してもよい。この場合、例えば、エンジン３の出力を得るための燃料噴射量や、吸入空気量、ポスト噴射による燃料量は、排ガスから第３触媒３４に与えられた熱量を表すため、これらのパラメータに応じて、第３触媒温度ＴＣＡＴを推定してもよい。あるいは、排気通路６における第３触媒３４のすぐ上流側またはすぐ下流側の排ガスの温度をセンサで検出するとともに、その検出結果に基づいて、第３触媒温度ＴＣＡＴを推定してもよい。また、実施形態では、エンジン３は、ディーゼルエンジンであるが、火花点火式のガソリンエンジンや、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関でもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（暖機完了判定手段、制御手段）
３ エンジン
４ 燃料噴射弁（未燃燃料供給手段）
６ 排気通路
６ｄ 第２分岐部（分岐部）
６ｅ 第２合流部（合流部）
１１ 第１過給機
１３ 第１タービン
２１ 第２過給機
２３ 第２タービン
２５ 第２バイパス通路（バイパス通路）
２６ 第２バイパス弁（バイパス弁）
３１ 第１触媒
３４ 第３触媒（第２触媒）
４３ 触媒温度センサ（触媒温度取得手段）
ＴＣＡＴ 第３触媒温度（第２触媒の温度）
ＴＲＥＦ１ 第１所定温度（所定温度）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのターボ式の過給機が直列に設けられた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関には、ターボ式の第１過給機および第２過給機が、直列に設けられている。この第２過給機の第２タービンは、内燃機関の排気通路における第１過給機の第１タービンよりも下流側に設けられている。また、排気通路には、第１タービンをバイパスする第１バイパス通路と、第２タービンをバイパスする第２バイパス通路が接続されている。この第１バイパス通路には、これを開閉するための第１バイパス弁が設けられており、第２バイパス通路には、比較的小型の第１触媒と、第２バイパス通路を開閉するための第２バイパス弁が、上流側から順に設けられている。さらに、排気通路には、バイパス通路との合流部よりも下流側に、内燃機関の排ガスを浄化するための第２触媒が設けられている。
【０００３】
以上の構成の内燃機関では、制御装置により、第１および第２バイパス弁の動作が、内燃機関の運転状態に応じて、次のように制御される。すなわち、内燃機関の始動直後には、第１バイパス弁を閉弁するとともに、第２バイパス弁を開弁する。これにより、内燃機関の排ガスは、第１タービン、第２バイパス通路、第１触媒および第２触媒を通って流れ、その結果、第１触媒が昇温され、活性化される。また、内燃機関の暖機が完了した後には、第２バイパス弁を全閉状態に保持し、それにより、排ガスを、第２タービンに流し、第１触媒には流さないようにする。これは、上述したように第１触媒が小型であるのに対し、内燃機関の暖機完了後には、排ガスの流量が比較的大きいことから、第１触媒における排ガスの圧力損失が大きくなり、その結果、内燃機関の燃費が悪化するおそれがあるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の制御装置では、内燃機関の暖機完了後には、第２バイパス弁が全閉状態に保持されることにより、排ガスを第１触媒に流さないようにするので、第１触媒における排ガスの浄化作用に伴う反応熱が発生せず、排ガスは、この反応熱によって昇温されない状態で、第２触媒に流入する。それに加え、第２バイパス弁が全閉状態に保持されることにより、排ガスが第２タービンを流れるので、排ガスの熱が第２タービンにより奪われ、その結果、温度が低下した状態の排ガスが、第２触媒に流入する。以上から、従来の制御装置では、内燃機関の暖機完了後において、第２触媒の温度が低下し、それにより、その浄化能力が大きく低下する場合があり、その場合には、排ガス特性が悪化してしまう。このような不具合は、内燃機関の低負荷運転中には、排ガスの温度が比較的低く、第２触媒の温度が低下しやすいため、より顕著になる。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の暖機完了後において、第２触媒を適切に昇温することができ、それにより、内燃機関の良好な排ガス特性を得ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の制御装置１は、内燃機関３の排気通路６に設けられた第１タービン１３を有し、第１タービン１３が内燃機関３の排ガスにより駆動されることによって、内燃機関３に吸入される吸気を過給する第１過給機１１と、排気通路６における第１タービン１３の下流側に設けられた第２タービン２３を有し、第２タービン２３が排ガスにより駆動されることによって、吸気を過給する第２過給機２１と、排気通路６における第２タービン２３の上流側の分岐部（実施形態における（以下、本項において同じ）第２分岐部６ｄ）と下流側の合流部（第２合流部６ｅ）に接続され、第２タービン２３をバイパスするバイパス通路（第２バイパス通路２５）と、バイパス通路を開閉するためのバイパス弁（第２バイパス弁２６）と、バイパス通路に設けられ、酸化性能を有する第１触媒３１と、第１触媒３１に未燃燃料を供給するための未燃燃料供給手段（燃料噴射弁４）と、排気通路６における合流部の下流側に設けられ、排ガスを浄化するための第２触媒（第３触媒３４）と、第２触媒の温度（第３触媒温度ＴＣＡＴ）を取得する触媒温度取得手段（触媒温度センサ４３）と、内燃機関３の暖機が完了しているか否かを判定する暖機完了判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１）と、暖機完了判定手段により内燃機関３の暖機が完了していると判定された場合において、取得された第２触媒の温度が所定温度（第１所定温度ＴＲＥＦ１）よりも低いときに、バイパス弁を開弁するとともに、未燃燃料供給手段に第１触媒３１への未燃燃料の供給を実行させる制御手段（ＥＣＵ２、ステップ６、７）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の制御装置では、ターボ式の第１および第２過給機が、内燃機関に直列に設けられており、第１過給機の第１タービンおよび第２過給機の第２タービンが、内燃機関の排気通路に、上流側から順に設けられている。また、排気通路における第２タービンの上流側の分岐部と下流側の合流部には、第２タービンをバイパスするバイパス通路が接続されている。このバイパス通路には、酸化性能を有する第１触媒が設けられており、バイパス通路は、バイパス弁によって開閉される。さらに、排気通路における合流部の下流側には、排ガス浄化用の第２触媒が設けられている。
【０００９】
上述したように第１触媒が酸化性能を有するので、第１触媒に供給された未燃燃料は、第１触媒で酸化される。この場合において、バイパス弁が開弁状態にあるときには、排ガスが、バイパス通路を通って第１触媒に流入し、第１触媒に流入した排ガスは、第１触媒における未燃燃料の酸化反応に伴って発生した熱により、昇温される。また、昇温された排ガスは、下流側の第２触媒を流れ、その結果、第２触媒が昇温される。上述した構成によれば、内燃機関の暖機が完了していると判定された場合において、取得された第２触媒の温度が所定温度よりも低いときに、バイパス弁が開弁されるとともに、未燃燃料が第１触媒に供給される。したがって、この所定温度を、第２触媒の十分な浄化能力が得られるような温度に設定することによって、第２触媒の温度の低下により十分な浄化能力が得られなくなったときにすぐに、上述したように第２触媒を昇温できるので、第２触媒の高い浄化能力を確保でき、それにより、内燃機関の良好な排ガス特性を得ることができる。
【００１０】
また、前述したように、第１触媒が、第１タービンよりも下流側に設けられているので、第１触媒における未燃燃料の酸化反応熱で昇温された排ガスの熱が、第１タービンに奪われることがない。さらに、第１触媒が、第２タービンをバイパスするバイパス通路に設けられているので、第１触媒で昇温された排ガスの熱が、第２タービンに奪われることもない。したがって、この排ガスの熱により、第２触媒を迅速かつ適切に昇温することができる。また、前述したように、第２触媒は、排気通路における第１触媒よりも下流側に設けられているため、第１触媒と比較して、第２触媒には、低い温度の排ガスが流入するため、第２触媒の温度は低下しやすい。したがって、そのような第２触媒を上述したように昇温することによって、内燃機関の良好な排ガス特性が得られるという上述した効果を、効果的に得ることができる。さらに、バイパス弁の開弁により排ガスが第２タービンをバイパスしても、第２タービンよりも上流側の第１タービンが排ガスで駆動されるので、第１過給機によって吸気を過給でき、それにより、内燃機関の良好なドライバビリティを確保することができる。なお、本明細書および特許請求の範囲における「取得」には、センサなどによる直接的な「検出」に加え、演算などによる「推定」を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好ましい実施形態による制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】制御装置のＥＣＵなどを示すブロック図である。
【図３】図２のＥＣＵによって実行される処理を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す第３触媒の温度と浄化率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に動力源として搭載されたディーゼルエンジンであり、４つの＃１〜＃４気筒３ａと、気筒３ａごとに設けられた燃料噴射弁４を備えている（図２には１つのみ図示）。この燃料噴射弁４は、燃料タンクにポンプ（いずれも図示せず）などを介して接続されており、車両の燃料タンク内の燃料を、対応する気筒３ａ内に噴射する。また、燃料噴射弁４の開弁時間および開弁時期は、図２に示す制御装置１のＥＣＵ２によって制御される。このＥＣＵ２の詳細については、後述する。
【００１３】
さらに、４つの＃１〜＃４気筒３ａには、各気筒３ａに吸気を導入するための吸気通路５が、吸気マニホルド５ａの４つの分岐部をそれぞれ介して接続されるとともに、各気筒３ａからの排ガスを外部に排出するための排気通路６が、排気マニホルド６ａの４つの分岐部をそれぞれ介して接続されている。
【００１４】
また、エンジン３には、吸気を過給するための第１過給機１１および第２過給機２１が、直列に設けられている。この第１過給機１１は、容量が比較的小さな高速型のターボチャージャーとして構成されており、エンジン３が低負荷運転状態にあるときに、より大きな過給能力が得られる。また、第１過給機１１は、吸気通路５に設けられた回転自在の第１コンプレッサ１２と、排気通路６に設けられた回転自在の第１タービン１３と、両者１２，１３を一体に連結するシャフト１４を有しており、排気通路６内の排ガスにより第１タービン１３が回転駆動されるのに伴い、これと一体の第１コンプレッサ１２が回転駆動されることによって、吸気通路５内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。この場合、第１過給機１１の容量が小さいため、容量が大きい過給機と比較して、第１タービン１３の回転数は高くなる。
【００１５】
また、吸気通路５には、第１コンプレッサ１２をバイパスするバイパス通路１５が設けられている。このバイパス通路１５は、第２過給機２１により過給された吸気に対して第１コンプレッサ１２が抵抗になるのを回避すべく、吸気を、第１コンプレッサ１２をバイパスさせて流すためのものである。また、バイパス通路１５には、電磁弁で構成されたバイパス弁１６が設けられており、バイパス弁１６の開度は、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、バイパス通路１５が開閉される。
【００１６】
さらに、排気通路６における第１タービン１３の上流側の第１分岐部６ｂと下流側の第１合流部６ｃには、第１タービン１３をバイパスする第１バイパス通路１７が接続されている。この第１バイパス通路１７には、電磁弁で構成された第１バイパス弁１８が設けられており、第１バイパス弁１８の開度は、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、第１バイパス通路１７が開閉される。また、第１バイパス弁１８の開度が制御されることにより、第１バイパス通路１７を通って第１タービン１３をバイパスする排ガスの流量が変更される結果、第１過給機１１による過給圧が制御される。
【００１７】
また、第２過給機２１は、第１過給機１１よりも容量が大きな低速型のターボチャージャーとして構成されており、エンジン３が中・高負荷運転状態にあるときに、より大きな過給能力が得られる。また、第２過給機２１は、吸気通路５に設けられた回転自在の第２コンプレッサ２２と、排気通路６に設けられた回転自在の第２タービン２３と、両者２２，２３を一体に連結するシャフト２４を有しており、排ガスにより第２タービン２３が回転駆動されるのに伴い、第２コンプレッサ２２が回転駆動されることによって、吸気通路５内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。
【００１８】
また、第２コンプレッサ２２は、吸気通路５における前述した第１コンプレッサ１２の上流側に配置されており、より具体的には、吸気通路５におけるバイパス通路１５との分岐部よりも上流側に配置されている。さらに、第２タービン２３は、排気通路６における前述した第１タービン１３の下流側に配置されており、より具体的には、排気通路６における前述した第１合流部６ｃの下流側に配置されている。
【００１９】
また、排気通路６には、その第２分岐部６ｄと第２合流部６ｅに、第２タービン２３をバイパスする第２バイパス通路２５が接続されている。この第２分岐部６ｄは、排気通路６における第２タービン２３の上流側で且つ第１合流部６ｃの下流側に位置しており、第２合流部６ｅは、排気通路６における第２タービン２３の下流側に位置している。さらに、第２バイパス通路２５には、上流側から順に、第１触媒３１と、電磁弁で構成された第２バイパス弁２６が設けられている。この第１触媒３１は、酸化性能を有する酸化触媒であり、排ガス中に含まれる未燃成分であるＨＣやＣＯを酸化することによって、排ガスを浄化する。また、第２バイパス弁２６の開度は、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、第２バイパス通路２５が開閉される。さらに、第２バイパス弁２６の開度が制御されることにより、第２バイパス通路２５を通って第２タービン２３をバイパスする排ガスの流量が変更される結果、第２過給機２１による過給圧が制御される。
【００２０】
また、排気通路６における上述した第２合流部６ｅの下流側には、第２触媒３２、フィルタ３３および第３触媒３４が、上流側から順に設けられている。この第２触媒３２は、第１触媒３１と同様の酸化触媒であり、排ガス中のＨＣやＣＯを酸化することによって、排ガスを浄化する。
【００２１】
また、フィルタ３３は、いわゆるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter ）であり、排ガス中の煤などのパティキュレート（以下「ＰＭ」という）を捕集することによって、大気中に排出されるＰＭを低減する。さらに、フィルタ３３の表面には、第１触媒３１と同様の触媒（図示せず）が担持されている。
【００２２】
また、第３触媒３４は、いわゆるユリア選択還元触媒であり、還元剤としての尿素（Ｕｒｅａ）が存在する雰囲気下で、排ガス中のＮＯｘを選択的に還元するものである。排気通路６における第３触媒３４のすぐ上流側には、ユリア噴射装置（図示せず）から尿素水が噴射される。さらに、第３触媒３４では、そのＮＯｘの還元作用において、尿素水の噴射時に尿素から変化したアンモニアも、尿素とともに消費される。また、図４は、第３触媒３４の温度（以下「第３触媒温度」という）ＴＣＡＴと、第３触媒３４の浄化率（以下「第３触媒浄化率」という）ＤＥＲの関係を示している。この第３触媒浄化率ＤＥＲは、第３触媒３４に流入した排ガス中のＮＯｘの量に対する、第３触媒３４で実際に浄化されるＮＯｘの量の割合を表す。図４に示すように、第３触媒３４は、第３触媒温度ＴＣＡＴが所定の活性化温度ＴＡＴＶ（例えば１６０℃）まで上昇したときに、活性状態になり、それにより、第３触媒浄化率ＤＥＲが大きくなり、その浄化能力が高くなるという特性を有している。また、第３触媒３４が活性状態にあるときには、第３触媒浄化率ＤＥＲは、基本的には、第３触媒温度ＴＣＡＴが高いほど、より大きくなる。
【００２３】
また、エンジン３には、クランク角センサ４１および水温センサ４２が設けられている。このクランク角センサ４１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角ごとに出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン（図示せず）が吸気行程の開始時のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号である。また、上記の水温センサ４２は、サーミスタで構成されており、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２５】
さらに、前述した第３触媒３４には、触媒温度センサ４３が取り付けられている。この触媒温度センサ４３は、第３触媒温度ＴＣＡＴを検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ４４から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。
【００２６】
また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。さらに、ＥＣＵ２は、上述した各種のセンサ４１〜４４からの検出信号などに応じ、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別したエンジン３の運転状態に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、エンジン３の動作を制御する。
【００２７】
具体的には、ＥＣＵ２は、図３に示す処理を実行することによって、前述した第１および第２バイパス弁１８，２６の開度などを制御する。本処理は、所定時間ごとに実行される。まず、図３のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン３の暖機が完了しているか否かを判定する。このステップ１では、エンジン３の始動後、検出されたエンジン水温ＴＷが所定温度よりも高くなったときに、エンジン３の暖機が完了したと判定される。
【００２８】
このステップ１の答がＮＯで、エンジン３の暖機が完了していないときには、第１および第２バイパス弁１８，２６の開度を、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱに応じて制御し（ステップ２）、本処理を終了する。これにより、第１および第２過給機１１，２１による過給圧が、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱで表されるエンジン３の負荷に応じて制御される。
【００２９】
一方、前記ステップ１の答がＹＥＳで、エンジン３の暖機が完了しているときには、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮが「１」であるか否かを判別する（ステップ３）。このポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮは、ポスト噴射の実行中に「１」にセットされるものであり、エンジン３の始動時に「０」にリセットされる。その詳細については後述する。
【００３０】
このステップ３の答がＮＯで、ポスト噴射の実行中でないときには、エンジン３が低負荷運転状態にあるか否かを判定する（ステップ４）。このステップ４では、所定の運転領域マップ（図示せず）に従い、算出されたエンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱが、所定の低負荷運転領域にあるときに、エンジン３が低負荷運転状態にあると判定される。この要求トルクＴＲＥＱは、エンジン３に要求されるトルクであり、エンジン回転数ＮＥと、検出されたアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。ステップ４の答がＮＯで、エンジン３が低負荷運転状態になく、中負荷または高負荷運転状態にあるときには、前記ステップ２を実行し、本処理を終了する。
【００３１】
一方、ステップ４の答がＹＥＳで、エンジン３が低負荷運転状態にあるときには、検出された第３触媒温度ＴＣＡＴが、第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも低いか否かを判別する（ステップ５）。図４に示すように、この第１所定温度ＴＲＥＦ１は、第３触媒３４の前述した活性化温度ＴＡＴＶよりも高く、第３触媒３４の十分な浄化能力が得られるような温度、より具体的には、第３触媒浄化率ＤＥＲが、その最大値ＤＥＲＭＡＸ（例えば９８％）よりも若干小さな所定値ＤＥＲＲＥＦ（例えば９０％）になるような温度、例えば２００℃に設定されている。上記ステップ５の答がＮＯで、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１以上のときには、前記ステップ２を実行し、本処理を終了する。
【００３２】
一方、ステップ５の答がＹＥＳで、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも低いときには、第３触媒３４の十分な浄化能力が得られないおそれがあるとして、次のステップ６および７において、第３触媒３４を昇温するための昇温動作（以下「第３触媒昇温動作」という）を実行する。まず、ステップ６では、ポスト噴射を実行するために、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮを「１」にセットする。次いで、ステップ７において、第１バイパス弁１８を全閉状態に、第２バイパス弁２６を全開状態に、それぞれ制御し、本処理を終了する。このポスト噴射は、エンジン３の出力を得るための燃料とは別に、エンジン３の膨張行程から排気行程における所定の期間内に、燃料噴射弁４から燃料を噴射するものである。また、ポスト噴射された燃料は、気筒３ａ内で燃焼せずに、未燃燃料として排ガスに含められた状態で、排気通路６に排出される。
【００３３】
また、ステップ６を実行した後には、前記ステップ３の答がＹＥＳ（Ｆ＿ＰＯＳＴＯＮ＝１）になり、その場合には、第３触媒温度ＴＣＡＴが第２所定温度ＴＲＥＦ２よりも高いか否かを判別する（ステップ８）。図４に示すように、この第２所定温度ＴＲＥＦ２は、前述した第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも高い温度、例えば３００℃に設定されている。このステップ８の答がＮＯのときには、上記ステップ７を実行し、本処理を終了する。
【００３４】
一方、ステップ８の答がＹＥＳになり、第３触媒温度ＴＣＡＴが第２所定温度ＴＲＥＦ２を超えたときには、ポスト噴射を終了するために、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮを「０」にリセットし（ステップ９）、前記ステップ２以降を実行する。
【００３５】
以上のように、本処理では、エンジン３の暖機が完了していないとき（ステップ１：ＮＯ）、または、エンジン３の暖機が完了している場合において、エンジン３が中・高負荷運転状態にあるとき（ステップ４：ＮＯ）、もしくは低負荷運転状態にあり且つ第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１以上であるとき（ステップ５：ＮＯ）には、第１および第２バイパス弁１８，２６の開度が、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＴＲＥＱに応じた通常時用制御によって制御される（ステップ２）。これにより、第１および第２過給機１１，２１による過給圧が、エンジン３の負荷に応じて制御される。
【００３６】
また、エンジン３の暖機完了後の低負荷運転中、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１触媒温度ＴＲＥＦ１よりも低くなったとき（ステップ５：ＹＥＳ）に、前述した第３触媒昇温動作が開始され、それにより、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮが「１」にセットされる（ステップ６）ことによって、ポスト噴射が開始されるとともに、第１バイパス弁１８が全閉状態に、第２バイパス弁２６が全開状態に、それぞれ制御される（ステップ７）。このため、ポスト噴射された燃料は、排ガスとともに、前述したように未燃燃料として排気通路６に排出され、第１タービン１３を流れた後、第２バイパス通路２５を通って第１触媒３１に流入する。このように、ポスト噴射の実行によって、未燃燃料が第１触媒３１に供給される。前述したように第１触媒３１が酸化触媒であるため、第１触媒３１に供給された未燃燃料は、第１触媒３１で酸化される。また、この酸化反応に伴って発生した熱により、第１触媒３１に流入した排ガスが昇温され、昇温された排ガスは、下流側の第３触媒３４に流入し、その結果、第３触媒３４が昇温され、第３触媒温度ＴＣＡＴが上昇する。
【００３７】
さらに、ポスト噴射の開始後（ステップ３：ＹＥＳ）、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも高い第２所定温度ＴＲＥＦ２を超えない限り（ステップ８：ＮＯ）、第３触媒昇温動作が継続して実行される。これにより、ポスト噴射中フラグＦ＿ＰＯＳＴＯＮが「１」に保持されることによって、ポスト噴射が継続して実行されるとともに、ステップ７による第１および第２バイパス弁１８，２６の全閉・全開制御が、それぞれ継続して実行され、その結果、第３触媒温度ＴＣＡＴがさらに上昇する。そして、第３触媒温度ＴＣＡＴが第２所定温度ＴＲＥＦ２を超えると、ポスト噴射が終了される（ステップ９）とともに、第１および第２バイパス弁１８，２６の開度が、ステップ２による要求トルクＴＲＥＱなどに応じた通常時用制御によって制御され、第３触媒昇温動作が終了される。したがって、ポスト噴射、第１および第２バイパス弁１８，２６の制御のハンチングを防止できるとともに、第３触媒３４の昇温を確実に行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態における各種の要素と、本発明における各種の要素との対応関係は、次のとおりである。すなわち、本実施形態における第２バイパス通路２５、第２分岐部６ｄおよび第２合流部６ｅが、本発明におけるバイパス通路、分岐部および合流部にそれぞれ相当するとともに、本実施形態における第２バイパス弁２６および第３触媒３４が、本発明におけるバイパス弁および第２触媒にそれぞれ相当する。また、本実施形態における燃料噴射弁４および触媒温度センサ４３が、本発明における未燃燃料供給手段および触媒温度取得手段にそれぞれ相当するとともに、本実施形態におけるＥＣＵ２が、本発明における暖機完了判定手段および制御手段に相当する。さらに、本実施形態における第３触媒温度ＴＣＡＴおよび第１所定温度ＴＲＥＦ１が、本発明における第２触媒の温度および所定温度にそれぞれ相当する。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、排気通路６における第１過給機１１の第１タービン１３の下流側に、第２過給機２１の第２タービン２３が設けられており、排気通路６における第２タービン２３の上流側の第２分岐部６ｄと下流側の第２合流部６ｅには、第２タービン２３をバイパスする第２バイパス通路２５が接続されている。また、第２バイパス通路２５には、これを開閉するための第２バイパス弁２６と、酸化性能を有する第１触媒３１が設けられている。さらに、排気通路６における第２合流部６ｅの下流側には、第３触媒３４が設けられている。
【００４０】
また、エンジン３の暖機が完了している場合において、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１よりも低いときには、第３触媒昇温動作を実行し、それにより、ポスト噴射の実行によって第１触媒３１に未燃燃料を供給するとともに、第２バイパス弁２６を全開状態に制御することによって排ガスを第１触媒３１に流入させ、下流側の第３触媒３４に流す。さらに、第１所定温度ＴＲＥＦ１が第３触媒３４の十分な浄化能力が得られるような温度に設定されている。以上により、第３触媒温度ＴＣＡＴの低下により第３触媒３４の十分な浄化能力が得られなくなったときにすぐに、第１触媒３１に未燃燃料を供給し、この未燃燃料の酸化反応で昇温された排ガスの熱によって、第３触媒３４を迅速かつ適切に昇温できるので、第３触媒３４の高い浄化能力を確保でき、それにより、エンジン３の良好な排ガス特性を得ることができる。
【００４１】
また、この場合、第１バイパス弁１８を全閉状態に制御するので、排ガスを第１タービン１３に流し、第１タービン１３を排ガスで駆動することができる。したがって、第１過給機１１によって吸気を過給でき、エンジン３の良好なドライバビリティを確保することができる。さらに、第３触媒３４は、前述したようにユリア噴射装置からの尿素水を還元剤としてＮＯｘを還元するという構成上、排気通路６に設けられた排ガス浄化用の複数の触媒のなかでも、エンジン３から最も離れた下流側の位置に、配置される。このことから、第３触媒３４には、上流側の触媒よりも低い温度の排ガスが流入するため、特に、エンジン３が低負荷運転状態にあることで排ガスの温度がもともと低い場合には、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１を下回りやすい。したがって、そのような第３触媒３４に対して第３触媒昇温動作を実行することによって、エンジン３の良好な排ガス特性が得られるという上述した効果を、効果的に得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、エンジン３が中・高負荷運転状態にあるときには、排ガスの温度が比較的高いことから、第３触媒温度ＴＣＡＴが第１所定温度ＴＲＥＦ１以上であるとみなして、常に、ポスト噴射や第２バイパス弁２６の全開制御による第３触媒昇温動作を行わないようにしているが、この第３触媒昇温動作の実行の可否を、エンジン３の負荷にかかわらず、第３触媒温度ＴＣＡＴと第１所定温度ＴＲＥＦ１との比較結果のみに応じて判定してもよい。
【００４３】
また、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、第２バイパス弁２６は、電磁弁であるが、第２バイパス通路２５を開閉可能な弁であれば他の適当なもの、例えば負圧弁でもよい。また、実施形態では、第１触媒３１は、酸化触媒であるが、酸化性能を有する触媒であれば他の適当なもの、例えば三元触媒でもよい。さらに、実施形態では、第１触媒３１への未燃燃料の供給を、ポスト噴射によって行っているが、排気通路６における第１触媒３１の上流側に、または第１触媒３１に、燃料噴射弁を別個に設け、この燃料噴射弁により燃料を噴射するようにしてもよい。この場合、排気通路６における第１触媒３１のすぐ上流側に、あるいは、第１触媒３１に直接、燃料を噴射することによって、排ガスで第１タービン１３を駆動している場合でも、噴射した燃料を、第１タービン１３に付着させることなく、第１触媒３１に適切に供給することができる。
【００４４】
また、実施形態では、第３触媒３４は、ユリア選択還元触媒であるが、排ガスを浄化するための触媒であれば他の適当なもの、例えば三元触媒やＮＯｘ触媒でもよい。さらに、実施形態では、第３触媒温度ＴＣＡＴを、触媒温度センサ４３による検出によって取得しているが、演算などによる推定によって取得してもよい。この場合、例えば、エンジン３の出力を得るための燃料噴射量や、吸入空気量、ポスト噴射による燃料量は、排ガスから第３触媒３４に与えられた熱量を表すため、これらのパラメータに応じて、第３触媒温度ＴＣＡＴを推定してもよい。あるいは、排気通路６における第３触媒３４のすぐ上流側またはすぐ下流側の排ガスの温度をセンサで検出するとともに、その検出結果に基づいて、第３触媒温度ＴＣＡＴを推定してもよい。また、実施形態では、エンジン３は、ディーゼルエンジンであるが、火花点火式のガソリンエンジンや、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関でもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（暖機完了判定手段、制御手段）
３ エンジン
４ 燃料噴射弁（未燃燃料供給手段）
６ 排気通路
６ｄ 第２分岐部（分岐部）
６ｅ 第２合流部（合流部）
１１ 第１過給機
１３ 第１タービン
２１ 第２過給機
２３ 第２タービン
２５ 第２バイパス通路（バイパス通路）
２６ 第２バイパス弁（バイパス弁）
３１ 第１触媒
３４ 第３触媒（第２触媒）
４３ 触媒温度センサ（触媒温度取得手段）
ＴＣＡＴ 第３触媒温度（第２触媒の温度）
ＴＲＥＦ１ 第１所定温度（所定温度）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた第１タービンを有し、当該第１タービンが前記内燃機関の排ガスにより駆動されることによって、前記内燃機関に吸入される吸気を過給する第１過給機と、
前記排気通路における前記第１タービンの下流側に設けられた第２タービンを有し、当該第２タービンが排ガスにより駆動されることによって、吸気を過給する第２過給機と、
前記排気通路における前記第２タービンの上流側の分岐部と下流側の合流部に接続され、当該第２タービンをバイパスするバイパス通路と、
当該バイパス通路を開閉するためのバイパス弁と、
前記バイパス通路に設けられ、酸化性能を有する第１触媒と、
当該第１触媒に未燃燃料を供給するための未燃燃料供給手段と、
前記排気通路における前記合流部の下流側に設けられ、排ガスを浄化するための第２触媒と、
当該第２触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記内燃機関の暖機が完了しているか否かを判定する暖機完了判定手段と、
当該暖機完了判定手段により前記内燃機関の暖機が完了していると判定された場合において、前記取得された第２触媒の温度が所定温度よりも低いときに、前記バイパス弁を開弁するとともに、前記未燃燃料供給手段に前記第１触媒への未燃燃料の供給を実行させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた第１タービンを有し、当該第１タービンが前記内燃機関の排ガスにより駆動されることによって、前記内燃機関に吸入される吸気を過給する第１過給機と、
前記排気通路における前記第１タービンの下流側に設けられた第２タービンを有し、当該第２タービンが排ガスにより駆動されることによって、吸気を過給する第２過給機と、
前記排気通路における前記第２タービンの上流側の分岐部と下流側の合流部に接続され、当該第２タービンをバイパスするバイパス通路と、
当該バイパス通路を開閉するためのバイパス弁と、
前記バイパス通路に設けられ、酸化性能を有する第１触媒と、
当該第１触媒に未燃燃料を供給するための未燃燃料供給手段と、
前記排気通路における前記合流部の下流側に設けられ、排ガスを浄化するための第２触媒と、
当該第２触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記内燃機関の暖機が完了しているか否かを判定する暖機完了判定手段と、
当該暖機完了判定手段により前記内燃機関の暖機が完了していると判定された場合において、前記取得された第２触媒の温度が所定温度よりも低いときに、前記バイパス弁を開弁するとともに、前記未燃燃料供給手段に前記第１触媒への未燃燃料の供給を実行させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１７９３２４（Ｐ２０１１−１７９３２４Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１３３９（Ｐ２０１０−４１３３９）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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